Liga metálica

Ligas metálicas são materiais com propriedades metálicas que contêm dois ou mais elementos químicos sendo que pelo menos um deles é metal. Apesar da grande variedade de metais existentes, a maioria não é empregada em estado puro, mas em ligas com propriedades alteradas em relação ao material inicial, o que visa, entre outras coisas, a reduzir os custos de produção.

As indústrias automobilísticas, aeronáuticas, navais, bélicas e de construção civil são as principais responsáveis pelo consumo de metal em grande escala. São também representativos os setores de eletrônica e comunicações, cujo consumo de metal, apesar de quantitativamente inferior, tem importância capital para a economia contemporânea. Ligas metálicas são materiais de propriedade semelhantes às dos metais e que contêm pelo menos um metal em sua composição. Há ligas formadas somente de metais e outras formadas de metais e semimetais (boro, silício, arsênio, antimônio) e de metais e não-metais (carbono, fósforo).

É interessante constatar que as ligas possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam. Algumas propriedades são tais como diminuição ou aumento do ponto de fusão, aumento da dureza, aumento da resistência mecânica.

Em relação às diferentes propriedades dos elementos a partir dos quais se originam, as ligas metálicas podem ser classificadas em dois tipos principais: ligas substitucionais e ligas intersticiais.

 Nas ligas substituicionais: Os átomos desse tipo de liga substituem os átomos do metal base na estrutura cristalina. Isso acontece porque a diferença dos seus raios é muito pequena, o que acaba facilitando a substituição da rede cristalina para os metais das ligas. Apesar da pequena diferença entre seus raios e constitutiva as semelhanças das suas estruturas eletrônicas, os átomos menos abundantes das ligas acabam distorcendo a estrutura reticular dos átomos mais abundantes do metal base. Com isso, as ligas metais substituicionais apresentam uma propriedade de maior resistência e dureza em comparação do metal de origem.

 Nas ligas intersticiais: Os átomos desse tipo de liga ocupam os espaços intersticiais, ou seja, os espaços vazios existentes entre os átomos do metal base. Os átomos que ocupam os espaços intersticiais da estrutura cristalina metal de origem acabam causando uma interferência na restrição dos movimento dos átomos, resultando em dureza e resistência maior que o metal de origem. Além disso, esses tipos de ligas possuem maior coesão e melhores propriedades mecânicas.

Ligas metálicas mais comuns no cotidiano:
 Aço — constituído por ferro e carbono.
 Aço inoxidável — constituído por ferro, carbono, crômio e níquel.
 Ouro de joias — constituído por ouro (75%), prata e/ou cobre (25%) para o ouro 18K. O ouro 24K tem 99% de ouro.
 Amálgama dental (utilizada em obturação) — constituída por mercúrio, prata e estanho.
 Bronze — constituído por cobre e estanho.
 Latão (utilizado em armas e torneiras) — constituído por cobre e zinco.
As ligas metálicas podem ser classificadas em basicamente dois tipos de ligas; ligas ferrosas e ligas não ferrosas.

Ligas ferrosas 
O ferro é seu constituinte principal. Essas ligas são importantes como materiais de construção em engenharia. As ligas ferrosas são extremamente versáteis, no sentido em que elas podem ser adaptadas para possuir uma ampla variedade de propriedades mecânicas e físicas. A desvantagem dessas ligas é que elas são muito suscetíveis à corrosão.

Aços: são ligas ferro-carbono que podem conter concentrações apreciáveis de outros elementos de liga. As propriedades mecânicas são sensíveis ao teor de carbono, que é normalmente inferior a 1%.
Aços com baixo teor de carbono, essas ligas contem geralmente menos que 0,25% de C. como consequência essas ligas são moles e fracas, porém possuem uma ductilidade e uma tenacidade excepcionais; além disso, são usináveis soldáveis e, dentre todos os tipos de aço, são os mais baratos de serem produzidos. Aplicações típicas para este tipo de liga incluem os componentes de carcaças de automóveis e chapas usadas em tubulações, edificações e latas estanhadas.
Aços com médio teor de carbono: esses aços possuem concentrações de carbono aproximadamente de 0,25%p e 0,60%p de carbono. As maiores aplicações destas ligas se encontram em rodas de trens, engrenagens, virabrequins e outras peças de alta resistência que exigem uma combinação de elevada resistência, resistência à abrasão e tenacidade.
Aços com alto teor de carbono: esses aços apresentam em média uma concentração de carbono de 0,60%p a 1,4%p. São mais duros, mais resistentes, porém os menos dúcteis dentre todos os aços de carbono. Esses aços são usados geralmente como ferramentas de corte, bem como para a fabricação de facas, lâminas de serras para metais, molas e arames com alta resistência.

Liga não ferrosa 

São ligas que não possuem como constituinte principal o elemento ferro. Ligas de cobre: o cobre, quando não se encontra na forma de ligas, é tão mole e dúctil que é muito difícil de ser usinado. As ligas de cobre mais comuns são os latões, onde o zinco, na forma de uma impureza substitucional, é o elemento de liga predominante. Ligas de cobre-zinco com concentrações aproximadamente de 35% de zinco são relativamente moles, dúcteis e facilmente submetidos à deformação plástica a frio. As ligas de latão que possuem um maior teor de zinco são mais duras e mais resistentes.

Os bronzes são ligas de cobre com vários outros elementos, incluindo o estanho, alumínio, o silício e o níquel. Essas ligas são relativamente mais resistentes do que os latões, porém ainda possui um elevado nível de resistência a corrosão. Alguns outros exemplos de ligas não ferrosas são as ligas de alumínio, que são caracterizadas por uma densidade relativamente baixa, condutividade elétrica e térmica elevada, e uma resistência à corrosão em alguns ambientes comuns, com a atmosfera ambiente. Liga de magnésio é caracterizada pela baixa densidade do magnésio que é a mais baixa dentre todos os metais estruturais; dessa forma suas ligas são usadas onde um peso leve é considerado importante, como por exemplo, em componentes de aeronave.

Importância na indústria 

Apesar da grande variedade de metais existentes, a maioria não é empregada em estado puro, mas em ligas com propriedades alteradas em relação ao material inicial, o que visa, entre outras coisas, a reduzir os custos de produção. As indústrias automobilísticas, aeronáuticas, navais, bélicas e de construção civil são as principais responsáveis pelo consumo de metal em grande escala. São também representativos os setores de eletrônica e comunicações, cujo consumo de metal, apesar de quantitativamente inferior, tem importância capital para a economia contemporânea. Ligas metálicas são materiais de propriedade semelhantes às dos metais e que contêm pelo menos um metal em sua composição. Há ligas formadas somente de metais e outras formadas de metais e semimetais (boro, silício, arsênio, antimônio) e de metais e não-metais (carbono, fósforo).
É interessante constatar que as ligas possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam. Algumas propriedades são tais como diminuição ou aumento do ponto de fusão, aumento da dureza, aumento da resistência mecânica.

Processos 

As ligas metálicas podem ser obtidas por diversos processos:

Processos da fusão 

Fundem-se quantidades adequadas dos componentes da liga, a fim de que estes se misturem perfeitamente no estado líquido. A fusão é feita em cadinhos de ferro, de aço ou de grafite, em fornos de revérbero ou em fornos elétricos. A massa fundida, homogênea, é resfriada lentamente em formas apropriadas. São tomadas precauções especiais para evitar a separação dos componentes da liga durante o resfriamento, para evitar a oxidação dos metais fundidos, para minimizar as perdas dos componentes voláteis, etc. Esse processo também pode ser efetuado na superfície de um corpo. Assim, mergulhando-se folhas de ferro em estanho fundido, forma-se na sua superfície uma liga de ferro e estanho. Obtém-se, assim, a folha-de-flandres, também chamada lata.

Compressão 
O processo de compressão consiste em submeterem-se misturas em proporções adequadas dos componentes a altíssimas pressões. Esse processo é de importância na preparação de ligas de alto ponto de fusão e também são importantes àquelas cujos componentes são imiscíveis no estado líquido.

Processo eletrolítico 
O processo eletrolítico consiste na eletrólise de uma mistura apropriada de sais, com o fim de se efetuar deposição simultânea de dois ou mais metais sobre cátodos

Processo de metalurgia associada 
O processo de metalurgia associada consiste na obtenção de uma liga constituída de dois ou mais metais, submetendo-se ao mesmo processo metalúrgico uma mistura de seus minérios e etc.

Oxidação 
A maioria dos metais tende a se oxidar quanto expostos ao ar, especialmente em ambientes úmidos. Entre os vários procedimentos empregados para evitar ou retardar a oxidação, os mais comuns são a aplicação de pinturas protetoras, a formação de ligas com outros elementos que reduzam ou eliminem tal propensão e a conexão a polos elétricos que impeçam a ocorrência do fenômeno. É interessante o caso do alumínio, que, em presença do oxigênio, forma uma delgada película de óxido que detém a oxidação.

Alguns tipos de ligas metálicas

Aço 

O aço é a liga de ferro e carbono onde a porcentagem deste último varia de 0,008% a 2,11%. Nos aços utilizados pela indústria  geralmente essa porcentagem fica entre 0,1 a 1,0%. Em certos aços especiais, o carbono pode chegar a 1,5%. São também constituintes normais do aço o silício (0,2%) e o manganês (1,5%). O enxofre e o fósforo são impurezas indesejáveis, e seus teores não devem ser maiores do que 0,05%. Quando se adicionam outras substâncias, para aperfeiçoamento das qualidades do aço, obtêm-se ligas denominadas aços especiais. Os principais aços especiais contêm um ou mais dos seguintes metais: níquel, vanádio, tungstênio, molibdênio, titânio, cobalto ou manganês.

Fases das ligas à base de ferro 

 Austenita
 Bainita
 Martensita
 Cementita
 Ledeburita
 Ferrite

Mais ligas de ferro 

 Ferro-fósforo
 Ferro-silício
 Ferro-manganês
 Ferro-cromo
 Ferro-molibdênio
 Ferro-silício-manganês
 Ferro-silício-magnésio
 Ferro-titânio
 Ferro-tungstênio
 Ferro-vanádio
 Ferro-níquel

Latão 

O latão é uma liga de cobre e zinco, é amarelo e é utilizado na fabricação de objetos de uso doméstico, como tachos e bacias, de instrumentos musicais de sopro e de joias fantasia. Esta liga geralmente é formada por 70% de Cobre e 30% de Zinco e tem a densidade média de .

Bronze 

O bronze é uma liga de cobre e estanho. Em bronzes especiais podem entrar pequenas quantidades de zinco, alumínio ou prata. Utilizado, por exemplo, na fabricação de sinos, de armas, de moedas, de estátuas, etc. Originalmente o termo bronze era empregado para ligas de cobre e estanho, este último como principal elemento. Na atualidade, bronze é nome genérico para ligas de cobre cujos principais elementos não são níquel nem zinco. Uma das principais propriedades é a elevada resistência ao desgaste por fricção, o que faz do bronze um material amplamente usado em mancais de deslizamento.

Bronzes podem ser agrupados em famílias de acordo com o processo de produção e a composição. Alguns exemplos estão abaixo:

 Trabalhados:
 Bronzes de fósforo ()
 Bronzes de chumbo e fósforo ().
 Bronzes de alumínio ().
 Bronzes de silício ().

 Fundidos:
 Bronzes de estanho ().
 Bronzes de estanho e chumbo ().
 Bronzes de estanho e níquel ().
 Bronzes de alumínio ().

A tabela abaixo dá características básicas de alguns tipos de bronze.

 Outras ligas de cobre:
 Cobre Fosforoso, Cobre Silício, Cobre Manganês, Cobre Crômio.
 Cuproníquel.
 Zamac.
 Alpaca
 Sulfato Cúprico
 Sulfato de Cobre II.
 Micha de cobre III

Tipos de liga metálica 

 Alnico
 Duralumínio
 Magnálio
 Nicromo
 Acmonital
 Estelite
 Latão
 Tombac
 Bronze de alumínio
 Constantan
 Cuproníquel
 Liga de Devarda
 Eletro
 Manganina
 Alpaca (liga metálica)
 Ouro nórdico
 Ferroliga
 Ferrocromo
 Invar
 Ferro fundido
 Gusa
 Aço damasco
 Aço rápido
 Aço maraging
 Aço inoxidável
 Aço corten
 Solda de estanho
 Amálgama (química)
 Alumel
 Cromel
 Alpaca (liga metálica)
 Monel
 Nicrosil
 Nisil
 Nitinol
 Permalloy
 NaK
 Mischmetal
 Liga de titânio
 Metal patente
 Aldrey
 Amálgama de potássio
 Amálgama de sódio
 Cupro-alumínio
 Cuprossilício
 Aço inoxidável duplex
 Duralumínio
 Foscoper
 Hastelloy
 Kirksite
 Sistema Ti-15Mo-XNb
 Metal duro
 Nielo
 Níquel Raney
 Niquelina (liga metálica)
 Osmirídio
 Peltre
 Silfoscoper
 Silumin
 Solda amarela
 Solda prata
 Zamak
 Zicral

Ver também 

 Metal
 Indústria metalmecânica
 Metalurgia
 Ligação metálica
 Classificação SAE
 Lingotamento contínuo
 Superliga (metalurgia)
 Tombac
 Cadinho
 Frederick Brian Pickering
 Decapagem
 Engenharia de fundição
 Oxidação negra
 Engenharia metalúrgica
 Engenharia de materiais
 Siderurgia
 Ferro-ligas
 Técnicas de metalurgia
 Recozimento
 William Chandler Roberts-Austen
 Ensaio Jominy

Bibliografia 
 Leonard Ernest Samuels,  Light Microscopy of Carbon Steels, ASM International 
 LUIZ ANTONIO DE ARAUJO, Manuel de siderurgia, V.2 - TRANSFORMAÇAO , ARTE & CIENCIA 
 Don Geary, Rex Miller,  Soldagem - 2.ed.: Série Tekne , Bookman Editora, 2013 
 Richard Van Noort,  Introdução aos Materiais Dentários , Elsevier Brasil, 2011 
 Alan B. Carr, David t. Brown, Sandra E. COOPER, Mccracken Prótese Parcial Removível,  Elsevier Health Sciences, 2012 
 George Krauss,  Steels: Processing, Structure, and Performance , ASM International, 2005 

Materiais
Ligas metálicas